第九章人類基因體學與展望

遺傳圖譜、細胞學圖譜和實體圖譜

有兩種類型的圖譜：遺傳連鎖圖譜 (genetic linkage maps)

決定染色體上各種標誌區和基因之間的相對排列與大約距離。實體圖譜 (physical maps)

各種基因或未知功能 DNA片段之間真實的位置（以鹼基對數目表示）和距離，甚至於未知功能的 DN

A

片段，在染色體特定區域的位置都可以明確地繪製出來。

圖９－１

圖９－２

圖９－３

細胞學圖譜

另一種常用的圖譜是細胞學圖譜 (cytological maps)，

它有時可以幫助找出遺傳連鎖圖譜與實體圖譜的關

聯性。在細胞學圖譜中，每條染色體的條帶圖和大

小都有明顯的不同，很容易區別。

圖９－４

圖９－５

圖９－６

實體圖譜

實體圖譜是連續 DNA序列（又稱為序列

拼圖： contig）交織而成的完整序列。

在實體圖譜中， DNA路標的距離是以千

對鹼基 kilobase（ 1kb＝ 1000核苷酸）來

表示，實體圖譜呈現出染色體內 DNA序

列實在的位置。

圖９－７

圖９－８

圖９－９

圖９－１０

人類基因體計畫１９８８年，美國國家衛生研究院 (NIH)和能源部 (D

OE)共同規劃組成一個委員會，並提出「人類基因體

計劃」 (human genome project)，一個五年整合型的研

究計劃。在１９９０年十月由國會通過開始執行。

人類基因體計劃的目標

官方和私人公司完成人類基因體序列的第一草案

比較基因體學

人類基因體計畫與疾病

圖９－１１

人類基因體計劃的目標１建立高解析度的遺傳圖譜與實體圖譜，　以幫助找出各種疾病基因的位置。２架構 DNA序列路標，以利在２００５年　可以完成整個基因體序列。很有趣地，官　方和私人兩個研究機構，同時在２０００　年宣佈完成基因體草圖３使用生物資訊學、 ESTs以及比較基因體　學，鑑定出基因體內所有基因。４建立多型性資料庫，尤其是單一核苷酸　多形性，有助於疾病診斷、全球人口族群　變遷以及人類演化。

表９－１

圖９－１２

官方和私人公司完成人類基因體序列的第一草案

２００１年二月分別由：

賽亞基因體學克瑞創投 (craig venture of celera genomics)

人類基因體研究國家中心 (NCHGR)

兩個單位發表。

重要發現兩個基因體版本數據呈現的重要發現：1人類基因體稍多於 30億個鹼基對2三萬到四萬的蛋白質譯碼基因3重複序列可能影響染色體結構與動態學4基因平均長度的變異度很大5染色體上的基因分布並不均勻6染色體 Y的基因數最少，一號染色體最多7約 200個基因直接源自細菌8人類蛋白質較為複雜9男性生殖細胞突變速度較女性快兩倍10所有人類的核苷酸有 99.9％相同11超過 50％新發現基因功能不詳

圖９－１３

圖９－１４

比較基因體學

基因體研究中，以非人類的基因體與

人類的相比對，稱為比較基因體學 (c

omparative genomics)。

表９－２

表９－３

圖９－１５

人類基因體計畫與疾病

在人類基因體圖譜的繪製中，遺傳連鎖

分析能用於研究家族所患遺傳疾病的特

徵。通常，研究一個家族中連續幾代的

基因便可獲得足夠的訊息，用於推論出

某個基因是否連鎖。

圖９－１６

圖９－１７

圖９－１８

圖９－１９

圖９－２０

其它基因體計劃

人類基因體與其它基因體有很多不同之處：１人類基因體之基因密集區是隨機分佈的２人類的蛋白質量因過程不同，類似的基因卻得到　不同的蛋白質及功能。３人類同族系蛋白質的成員數量增加很多，尤其是　發育和免疫系統上。４人類基因體有很大部分是重複序列５人類之 DNA重複的數目已停止增多，而鼠則尚未　減緩，這是人鼠最基本的差異。

其它基因體計劃

老鼠與其它動物

無脊椎動物

植物

微生物

老鼠與其它動物

人鼠的演化在很久以前就已分道揚鑣，但是

DNA序列的保守性很高，可見功能會限制

基因的演化。另外很多發育、代謝及遺傳學

疾病也相當近似，這就是為什麼用老鼠作樣

版來研究人類疾病。

無脊椎動物

第一次被定序的兩個多細胞真核生物

基因體是果蠅和線蟲，這兩種生物長

久以來即被當作樣版動物。

植物

研究人員對植物基因體有興趣的原因

是因為一些植物含有特殊代謝酵素，

具有生物技術的應用價值。

微生物

基因體計劃目標為：

１對重大寄生性病原的媒介生物之基因體有較佳認識。

２累積多型性資料，以便檢測基因體歧異度。

３鑑定種的特有基因，開發有效疫苗

４深入了解病原體生活史，作為開發藥物的根據。

功能基因體學•基因體中所有基因的確切位置與功能•基因如何調節與控制•各個染色體的架構如何形成•非譯碼區的 DNA有何角色•各種蛋白質之間的交互作用•各種蛋白質的含量與功能•SNP資料與疾病或個人健康的相關性•在多個基因與致病的疾病中，每個基因扮演角色如何。•各個基因在表現型特徵（實體特徵）中扮演角色為何。•不同生物在演化過程中之保守程度

蛋白質體與蛋白質體學

蛋白質體是指在某一狀況下特定細胞內

所有的蛋白質，而蛋白質體學就是研究

基因體所譯碼出來的蛋白質體。

其它～ OMES 體學

特定種類的細胞在特別的條件下會製造

或表現出轉錄產物 (transcript)，所有這

些表現出來的全部轉錄產物就稱為轉錄

體 (transcriptome)，比較兩個不同條件

下所產生的轉錄體，就可以得知該基因

體中每個基因表現的改變。

生物資訊學

目標是：

１開發工具高速存取及管理資料庫

２分析大量的 DNA與蛋白質資料，找出真諦。

３開發新的演算法及工具，以便利用和操作這些數據。

資料庫最常用的 DNA資料庫由美國國家生物技術資

訊中心 (NCBI)負責維護。 DNA序列可以上

傳到此資料庫，通常文章發表前都會將其 DN

A存入此站，學者也可以從此網站中搜尋並取

得 DNA序列。資料庫也用於作為 data mining，

利用已知物種的相似序列，預測某基因或蛋

白質的功能和結構，從已知序列萃取整理後，

再對其功能建構一個假說，以利進一步試驗。

生物資訊學的工具１從資料庫取得 DNA和蛋白質序列

２搜尋相似的 DNA和蛋白質序列

３比較和排齊序列～全區或小區域（兩序列以上）

４ RNA二級結構的預測～ RNA的疊合

５蛋白質的分類及二級結構預測

６使用 DNA與蛋白質序列計算演化關係

７使用 DNA序列作基因預測

８各項基因分析工具